何志雄

（甘肅省機械科學研究院，甘肅　蘭州　730030）

鋁鎂合金消失模鑄造技術研究及進展

何志雄

（甘肅省機械科學研究院，甘肅蘭州730030）

消失鑄造工藝實現了鑄件成形過程中金屬液對泡塑模型的置換，鑄件在結構與尺寸上是對泡塑模樣的完全復制，鑄件尺寸形狀精確度高且表面光潔度好。在鋁鎂合金消失鑄造技術的應用中為克服氣孔、縮孔、縮松等缺陷產生，研究出了真空低壓、振動、壓力、模殼等與消失模鑄造技術有機結合后的復合消失鑄造技術。

消失模鑄造；鋁鎂合金；模樣；研究進展

消失模鑄造技術在國際上被冠以綠色鑄造技術的美名，該工藝利用泡沫塑料模具、耐火黏結涂料、干砂等實現模具的精準成型，模具在結構、尺寸上與實體零部件完全相同，隨著金屬液的澆入模樣發(fā)生熱液氣化作用后消失，省略了傳統(tǒng)鑄造過程中的合箱取模步驟，且容易實現清潔、批量生產。我們在討論消失模鑄造工藝存在的諸多優(yōu)點的同時，還需要對如何克服技術缺陷展開研究，以提高鑄件的生產效能與產品質量。

1　消失模鑄造(EPS)工藝優(yōu)點分析

消失模鑄造（EPS）的工藝原理是利用EPS工藝制作出與鑄件具有相同尺寸、結構的泡塑模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄模進行造型，呈實體鑄型的泡塑模樣在澆入金屬液發(fā)生氣化反應后，金屬液成型后置換泡塑模樣而復制出精準鑄件（圖1）。該項鑄造技術具有鑄件精度高、產品質量高、工藝簡單且穩(wěn)定、產品廢品率低等工藝優(yōu)點。

圖1　消失模鑄造(EPS)工藝流程圖

鑄件的成形是金屬液完全置換泡塑模型而來，在結構與尺寸上是對泡塑模樣的完全復制，所以鑄造成形的鑄件尺寸形狀精確度高且鑄件表面光潔度好；與砂型鑄造相比較，其鑄造過程中模型無需進行分型開邊，不會形成飛邊毛刺，利用負壓作用提高鑄件補縮能力后鑄件內部形成致密組織，工藝師準確把握澆冒系統(tǒng)處理可有效減少鑄件中的縮孔、縮松現象，鑄造出高質量的鑄件產品；消失模鑄造技術在精度與產品質量上均有其自身的優(yōu)勢，加上鑄造工藝簡單易于操作，操作人員無需是高等級造型工藝師，只要是對EPC工藝流程熟練的人員都可以進行操作，操作過程不涉及配砂、造型、修型、下芯、合箱等傳統(tǒng)人工操作工序，生產全過程按預先設計好的固定程序執(zhí)行，減少了人為操作對產品質量的影響，因此工藝的穩(wěn)定性較好，大大降低了產品鑄造生產中的廢品比率。

2　鋁鎂合金消失模鑄造技術研究進展

近年來，消失模鑄造技術在鋁鎂合金鑄造應用方面取得了較好的效果，主要是因為在鋁鎂合金的澆注溫度下泡塑模樣可以分解為烷烴、烯烴、苯類、苯乙烯等氣相與霧相物質，氣霧物質的形成可實現對極易氧化液態(tài)鋁鎂合金的保護，保證了鑄件物理性能與產品質量。國內外技術研發(fā)者研發(fā)出了幾種特種消失模鑄造技術，旨在提高消失模鑄造技術水平與鑄件性能。

2.1鋁鎂合金真空低壓消失模鑄造技術

真空低壓消失模鑄造技術實質上是真空消失鑄造技術與反重力低壓鑄造技術的聯合應用，真空環(huán)境保障了干砂鑄型的緊實度，有效解決金屬液澆注時的脹箱、塌箱等問題，低壓環(huán)境保障了充型壓差與泡塑模樣熱解產物的排除，在提高液態(tài)鎂鋁金屬合金充型速度的同時改善氣孔缺陷問題。整個充型冷卻過程的真空環(huán)境實現了與空氣的完全阻隔，泡塑模樣熱解產物保護鎂合金不發(fā)生氧化燃燒，系統(tǒng)的熱處理過程得到有效強化，與壓鑄工藝、砂型鑄造工藝比較，在鑄件的精度、表面光整度、質感、生產效率上都具有較大的優(yōu)勢。鎂合金真空低壓消失模鑄造技術在實踐應用中易受到來自充型氣體流量與壓力、金屬液溫度、涂料厚度、泡沫密度等多方面因素的干擾，在生產過程中泡塑模樣需要選用透氣性好的涂料形成輕薄涂層，涂層厚度既要保證鋁鎂合金件不易產生黏砂缺陷，又要利于氣體的排除和液態(tài)鋁鎂合金的均勻充型，此外充型正氣壓與抽真空負壓需要合理匹配，保證充型過程的平穩(wěn)性與完整性。

2.2鋁鎂合金振動消失模鑄造技術

將發(fā)泡成形的聚苯乙烯（EPS）模樣進行涂層與烘干處理后直接放置于砂箱中，然后將干燥的石英砂填入砂箱并進行壓實和覆膜，一般將真空壓力設置為-30 kPa打開真空閥抽真空并蓋上砂箱蓋后施加一定頻率和振幅的振動。鋁鎂合金按規(guī)范要求溶化并精煉除氣后，將溫度控制在750℃時從導入杯澆注，澆注過程需要緩慢平穩(wěn)，結束澆注后迅速關閉真空閥與密封閥，從加壓口以530 kPa/s的加壓速率加入空氣直至砂箱內部壓力達到0.8 MPa后開始保壓，10 min后停止振動并打開真空閥泄壓，鑄件在振動場中完成整個鑄件過程。振動消失鑄造技術投入成本低且對環(huán)境不會造成污染，它是一種操作簡便且效能高的特種消失鑄造技術。

2.3鋁鎂合金壓力消失模鑄造技術

泡塑模樣的處理與一般消失模鑄造技術相同，需要進行涂層與烘干后放入帶砂箱的壓力罐中，當熔化的鋁鎂合金金屬液在澆注溫度下注入壓力罐時，泡沫塑料完全氣化消失后迅速對壓力罐進行密封處理，密封好的壓力罐要施以一定壓力的氣體促進金屬液的凝固結晶。壓力消失鑄造成型過程中借助外來壓力對枝晶間液相金屬進行壓濾，初步凝固的枝晶發(fā)生顯微變形后起到了細化金屬組織的作用，有效減少鑄件中縮孔、縮松、氣孔等現象的發(fā)生，提高了冒口補縮能力，進而改善了鑄件物理性能。

2.4鋁鎂合金真空低壓消失模殼型鑄造技術

該技術以泡沫模樣為原型，是融合熔模鑄造制殼技術和真空低壓鑄造成型技術的復合型鑄造工藝，泡沫模樣經過失模、焙燒處理后裝入砂箱中，在熔化的金屬液澆注前泡沫模已經被脫去，因此不會產生因泡沫模分解帶來的氣孔、夾雜及氧化燃燒等缺陷問題，金屬液的充填型能力與充型效果都得到了有效提高。此外，鋁鎂合金真空低壓消失模殼型鑄造的鑄件具有熔模鑄造精鑄件的質量，并克服了熔模鑄造不能用于大件及成本高的不足。

3　結語

綜上所述，當前鑄造行業(yè)應用較為廣泛的消失模鑄造技術主要包括振動消失模鑄造、壓力消失模鑄造及消失模殼型鑄造等，各類鑄造技術有著其自身的鑄造特點，需要工藝師在掌握消失模鑄造成形原理的基礎上，正確設計澆注系統(tǒng)并制定合理的工藝方案，必要時可以聯合多種鑄造工藝，以減少鑄件中的氣孔、皺皮、松縮等缺陷，保證鑄件致密度與力學性能。

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（R-03）

Research and progress of aluminum magnesium alloy lost foam casting technology

TQ325.2

1009-797X(2016)20-0012-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.20.004

何志雄（1983-），男，本科，研究方向為機械設計制造及其自動化

2016-09-13